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简介：这份面向单片机与嵌入式硬件开发场景的驱动代码，可帮助使用雅特丽AT32F403A微控制器的开发者，解决通过SPI2串行外设接口读写GD25Q16 SPI Flash存储芯片的工程需求。资源基于PB12、PB13、PB14、PB15四个引脚完成连接，提供完整的底层驱动与调用示例：在主函数中依次完成系统时钟配置和GD25_spi2_init初始化，再调用test_GD25测试函数即可验证读写功能，适合需要快速集成Flash存储功能的入门及中级开发者参考。压缩包共4个文件，全部为源码形式，包含3个头文件和1个C文件，代码量精简，整体大小仅12KB，便于直接移植到现有工程。已有967人学习下载，说明该方案在实际项目中具备一定参考价值。通过阅读这份源码，可以获得SPI2引脚配置、GD25Q16命令时序、数据读写封装以及典型初始化流程等关键实现细节，有效节省自行查阅数据手册和编写调试驱动的时间。

GD25Q16 SPI NOR Flash驱动：AT32F403A SPI2实战记录

前段时间在项目里需要给AT32F403A外挂一颗SPI NOR Flash，用来存参数和升级镜像。网上能搜到的资料大多是STM32的Flash驱动，AT32F403A虽然内核和寄存器风格接近，但外设库函数、时钟树和GPIO复用还是有不少差异，直接套用会踩坑。调通之后我把整个过程整理一下，包括SPI2的初始化细节、GD25Q16的命令时序、页编程跨页处理，以及几个实打实的调试教训。

这篇内容适合手里正好有AT32F403A开发板、需要外接GD25Q16这类SPI Flash的工程师参考。如果你只是临时读写几个字节，可以用GPIO模拟SPI，但一旦涉及升级固件、批量日志这类大流量场景，还是老老实实用硬件SPI2。我这次就是先把电路和驱动做扎实，后面再做DMA和OTA扩展。

1. 项目背景与方案选型

1.1 为什么用AT32F403A的SPI2外设

AT32F403A是雅特力（Artery）的Cortex-M4F系列MCU，主频最高能到240MHz，外设资源非常丰富。项目里选择它主要是因为串口数量多、价格合适，整板就靠它一颗芯片承担通信和存储管理。

关于SPI接口，F403A有好几组SPI，我选择SPI2而不是SPI1，是因为SPI2对应的PB13/PB14/PB15引脚在PCB布局上离Flash更近，走线短，信号质量容易保证。另一个考虑是SPI1往往被调试器或外部高速设备占用，把Flash挂在SPI2上可以避免资源冲突。

用硬件SPI2而不是GPIO模拟，主要有三个原因：第一是速度快，GPIO模拟到1MHz就顶天了，硬件SPI2配到十几MHz毫无压力；第二是代码简单，硬件SPI的收发状态机由外设完成，主循环里不用死等每个bit；第三是后续升级DMA方便，硬件SPI2可以配合DMA做大块数据搬运，这对固件升级功能非常重要。

/* 外设时钟使能 */ crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE); crm_periph_clock_enable(CRM_SPI2_PERIPH_CLOCK, TRUE);

1.2 型号澄清：GD32Q16还是GD25Q16

很多刚接触GigaDevice产品的朋友会把型号搞混。标题里写的GD32Q16，实际项目中我们用的是GD25Q16，这是GigaDevice生产的SPI NOR Flash，容量16Mbit，也就是2MByte。GD32系列是MCU，GD25系列是存储芯片，两者虽然都是兆易创新的产品线，但完全不是一回事。

GD25Q16的关键参数：页大小256字节，扇区大小4K字节，块大小64K字节，擦写次数典型10万次，数据保持能力20年。芯片通过标准的SPI接口访问，支持Mode 0和Mode 3两种SPI模式，我这次用的是Mode 0（CPOL=0, CPHA=0）。

选这颗Flash的原因很直接：2MB空间足够放固件副本和运行参数，4K字节扇区对参数存储正好，擦除粒度不会太大浪费空间。而且GD25Q16引脚兼容市面上主流的SPI Flash，后期如果要换华邦、兆易其他型号，硬件和驱动改动都很小。

2. 硬件连接与SPI2外设初始化

2.1 引脚规划与电路注意点

AT32F403A的SPI2有多种引脚映射，我选的是PB13（SCK）、PB14（MISO）、PB15（MOSI），片选CS用PB12控制。这里有个细节：很多时候工程师习惯把CS接到芯片的硬件NSS引脚上，但我建议用普通GPIO控制片选，也就是软件CS。原因后面细说。

硬件上需要特别注意两个引脚：WP（写保护）和HOLD。WP拉低会禁止状态寄存器和块擦除、写操作，HOLD拉低会让Flash暂停通信。很多板子习惯把这两个脚悬空，这在干扰大的环境里非常危险。正确做法是WP接VCC或通过10K电阻上拉，HOLD也必须接VCC。

Flash的供电去耦同样重要。VCC引脚就近放一颗100nF陶瓷电容，在高温或者高频应用下再加一颗4.7uF钽电容。我遇到过整板SPI通信随机出错，排查到最后就是Flash供电不稳，波形上有毛刺。

2.2 SPI2外设初始化：主模式、模式0、软件NSS

AT32F403A的GPIO复用配置和STM32不太一样，需要先设置GPIO模式为复用模式，再调用gpio_pin_mux_config指定复用功能编号。以PB13/PB14/PB15为例，复用功能编号查数据手册可以定位到SPI2，这里我用的是手册推荐配置。

void flash_spi_init(void) { gpio_init_type gpio_init_struct; spi_init_type spi_init_struct; /* 使能时钟 */ crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE); crm_periph_clock_enable(CRM_SPI2_PERIPH_CLOCK, TRUE); /* CS引脚配置：普通推挽输出 */ gpio_default_para_init(&gpio_init_struct); gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_12; gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT; gpio_init_struct.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL; gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_UP; gpio_init(GPIOB, &gpio_init_struct); FLASH_CS_HIGH(); /* SCK/MISO/MOSI配置为复用功能 */ gpio_init_struct.gpio_pins = GPIO_PINS_13 | GPIO_PINS_14 | GPIO_PINS_15; gpio_init_struct.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX; gpio_init_struct.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL; gpio_init_struct.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE; gpio_init_struct.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER; gpio_init(GPIOB, &gpio_init_struct); gpio_pin_mux_config(GPIOB, GPIO_PINS_SOURCE13 | GPIO_PINS_SOURCE14 | GPIO_PINS_SOURCE15, GPIO_MUX_5); /* SPI2主模式配置 */ spi_default_para_init(&spi_init_struct); spi_init_struct.transmission_mode = SPI_TRANSMIT_FULL_DUPLEX; spi_init_struct.master_slave_mode = SPI_MODE_MASTER; spi_init_struct.mclk_freq_division = SPI_MCLK_DIV_16; spi_init_struct.first_bit = SPI_FIRST_BIT_MSB; spi_init_struct.frame_bit_num = SPI_FRAME_8BIT; spi_init_struct.clock_polarity = SPI_CLOCK_POLARITY_LOW; spi_init_struct.clock_phase = SPI_CLOCK_PHASE_1EDGE; spi_init_struct.cs_mode_selection = SPI_CS_SOFTWARE_MODE; spi_init(SPI2, &spi_init_struct); spi_enable(SPI2, TRUE); }

时钟分频这里要注意，AT32F403A的SPI2挂在APB1总线上，如果系统主频配到240MHz，APB1分频后可能是60MHz或120MHz。我这边APB1跑60MHz，DIV16就是3.75MHz，这个频率对GD25Q16来说非常稳。如果你想压速度，DIV4可以到15MHz，但要看PCB走线长度和Flash手册支持的最高时钟，别一上来就用最大频率。

为什么CS模式必须用软件模式？原因很简单：硬件NSS模式下，片选由SPI外设自动控制，但很多Flash要求在发送命令字节之前CS就要拉低，命令结束后再拉高，中间读状态寄存器时CS要保持低。硬件NSS的自动控制策略不一定完全符合Flash的时序习惯，搞不好就出现"发完了命令而CS没拉对"的玄学问题。用GPIO手动拉CS，时序完全可控，写驱动也更直观。

还有个细节：SPI数据收发时，发送和接收是同时发生的，每个字节的读写本质是同一个操作。写一个字节的同时会收到一个字节，通常叫dummy字节或者无意义字节。底层的收发函数要基于这个特性来写。

3. GD25Q16驱动实现：从底层命令到读写封装

3.1 底层收发与基础命令：读ID、状态、写使能

驱动的基础是底层字节收发函数。用轮询标志位的方式在大多数场景足够，不需要中断和DMA。

static uint8_t spi2_read_write_byte(uint8_t byte) { while (spi_i2s_flag_get(SPI2, SPI_I2S_STS_TBE) == RESET); spi_transmit_data(SPI2, byte); while (spi_i2s_flag_get(SPI2, SPI_I2S_STS_RBNE) == RESET); return (uint8_t)spi_receive_data(SPI2); }

注意不同版本的AT32外设库，标志位名字可能略有差异，比如有的版本是SPI_I2S_STS_TBE，有的版本缩写不同。编译报错时去头文件里搜一下就行，逻辑都一样。

读JEDEC ID是整个驱动的第一步，也最推荐用来验证硬件连接。GD25Q16收到0x9F命令后，会连续返回3个字节：厂商ID（0xC8）、存储类型（0x40）、容量代码（0x15）。只要这个函数返回正确，硬件通路基本就确认没问题。

uint32_t gd25q16_read_id(void) { uint32_t id = 0; FLASH_CS_LOW(); spi2_read_write_byte(CMD_READ_JEDEC_ID); id = spi2_read_write_byte(0x00) << 16; id |= spi2_read_write_byte(0x00) << 8; id |= spi2_read_write_byte(0x00); FLASH_CS_HIGH(); return id; }

写使能和等待忙是成对出现的。GD25Q16在执行编程和擦除之前，必须先发送0x06写使能命令；之后Flash内部状态寄存器的WEL位会置1。而编程和擦除是需要时间的，完成后状态寄存器的WIP位会从1变回0。驱动里的wait_busy函数就是轮询WIP位，确保上一次操作彻底结束后再发下一条命令。

static void gd25q16_write_enable(void) { FLASH_CS_LOW(); spi2_read_write_byte(CMD_WRITE_ENABLE); FLASH_CS_HIGH(); } static void gd25q16_wait_busy(void) { uint8_t status; FLASH_CS_LOW(); spi2_read_write_byte(CMD_READ_STATUS); do { status = spi2_read_write_byte(0xFF); } while (status & 0x01); FLASH_CS_HIGH(); }

wait_busy这里有个容易踩的坑：发送读状态命令后，CS必须一直保持低电平，不能读完一个状态字节就拉高。因为Flash只有在这个命令周期内才会持续输出状态寄存器内容。有些人每读一个字节就拉一次CS，结果读到的永远是第一个字节后面的垃圾数据。我建议把CS拉低、发命令、循环读字节、再拉高，整个命令周期完整走完。

3.2 数据读取与页编程：0x03和0x02

读数据用0x03命令，后续跟3字节地址，然后Flash会按照地址从低到高连续输出数据。地址的格式是高字节在前：A16-A23、A8-A15、A0-A7。

void gd25q16_read(uint32_t addr, uint8_t *buf, uint32_t len) { uint32_t i; FLASH_CS_LOW(); spi2_read_write_byte(CMD_READ_DATA); spi2_read_write_byte((addr >> 16) & 0xFF); spi2_read_write_byte((addr >> 8) & 0xFF); spi2_read_write_byte(addr & 0xFF); for (i = 0; i < len; i++) { buf[i] = spi2_read_write_byte(0x00); } FLASH_CS_HIGH(); }

页编程是写入的核心命令，指令码0x02，后面接3字节地址和要写入的数据。GD25Q16的页大小是256字节，一次页编程最多只能写256字节，而且这256字节必须落在同一个页内。页边界以256为对齐，如果地址是0x100、0x200这种整页地址，写256字节没问题；但地址不是页对齐时，最多只能写到当前页的末尾。

以0x1FF地址为例，当前页是0x100到0x1FF，如果直接发0x02命令写2字节到0x1FF和0x200，Flash会从0x1FF写到0x1FF，再写到0x100（回到页开头），完全不是预期结果。这个特性是NOR Flash的通用规则，不是GD25Q16独有的。

页编程实现如下，写完数据后CS拉高，然后必须等待WIP清零：

void gd25q16_page_program(uint32_t addr, const uint8_t *buf, uint32_t len) { uint32_t i; gd25q16_write_enable(); FLASH_CS_LOW(); spi2_read_write_byte(CMD_PAGE_PROGRAM); spi2_read_write_byte((addr >> 16) & 0xFF); spi2_read_write_byte((addr >> 8) & 0xFF); spi2_read_write_byte(addr & 0xFF); for (i = 0; i < len; i++) { spi2_read_write_byte(buf[i]); } FLASH_CS_HIGH(); gd25q16_wait_busy(); }

3.3 擦除流程与整片写入封装

NOR Flash的特性是只能把1写成0，不能把0写成1。想恢复成1只能靠擦除。GD25Q16支持4K扇区擦除（0x20）、32K块擦除（0x52）、64K块擦除（0xD8）和整片擦除（0xC7）。扇区擦除最常用，4K字节粒度对参数存储来说是刚好的。擦除也需要先写使能，然后等忙。

void gd25q16_erase_sector(uint32_t addr) { gd25q16_write_enable(); FLASH_CS_LOW(); spi2_read_write_byte(CMD_SECTOR_ERASE); spi2_read_write_byte((addr >> 16) & 0xFF); spi2_read_write_byte((addr >> 8) & 0xFF); spi2_read_write_byte(addr & 0xFF); FLASH_CS_HIGH(); gd25q16_wait_busy(); }

擦除地址必须是4K对齐的，传一个不对齐的地址进去，Flash不会报错，但行为不可预期。我在驱动里加过断言，地址按0xFFF掩码检查，不对齐直接返回错误码。

有了扇区擦除和页编程，就可以封装一个通用的写函数。用户只需要给起始地址、数据、长度，驱动自动处理跨页拆分。

void gd25q16_write(uint32_t addr, const uint8_t *buf, uint32_t len) { uint32_t page_remain; while (len > 0) { page_remain = 256 - (addr & 0xFF); if (page_remain > len) { page_remain = len; } gd25q16_page_program(addr, buf, page_remain); addr += page_remain; buf += page_remain; len -= page_remain; } }

这个封装的精髓在于计算当前页剩余空间：256 - (addr & 0xFF)。addr的bit0到bit7就是页内偏移，用256减它就是当前页还剩多少字节能写。然后取这个值和剩余长度的较小值，作为本次页编程的长度。循环执行到全部写完。这个写法在任何SPI NOR Flash上都能直接用。

4. 主程序测试与疑难问题排查

4.1 快速测试流程：擦除、写入、回读校验

驱动写完，需要一套完整的测试来验证。测试流程分四步：初始化SPI2并读ID，擦除目标扇区，写入测试数据，回读并逐字节比较。

int main(void) { uint8_t wbuf[256]; uint8_t rbuf[256]; uint32_t id; uint32_t i; system_clock_config(); flash_spi_init(); id = gd25q16_read_id(); if (id != 0xC84015) { while (1); /* ID错误，硬件或驱动有问题 */ } /* 填充256字节测试数据 */ for (i = 0; i < 256; i++) { wbuf[i] = (uint8_t)(i + 1); } /* 擦除0地址所在扇区，写入，回读校验 */ gd25q16_erase_sector(0x000000); gd25q16_write(0x000000, wbuf, 256); gd25q16_read(0x000000, rbuf, 256); if (memcmp(wbuf, rbuf, 256) == 0) { /* 测试通过 */ } else { while (1); /* 校验失败 */ } while (1); }

更严谨的测试应该覆盖三类情况：跨页写入（比如从地址0x1F0写32字节，一定跨过0x200页边界）、跨扇区写入、非对齐擦除。只测整页对齐的256字节其实漏掉了最容易出问题的边界条件。我当时把跨页用例写成一等公民，驱动里的很多bug都是靠这类用例抓出来的。

4.2 调试中踩过的坑与排查思路

调试过程中我遇到了几个典型的坑，整理出来应该能帮大家省点时间。

现象一：读ID返回0xFFFFFF

这是SPI Flash调试最经典的问题。先不要怀疑芯片，先用示波器或逻辑分析仪看SPI2的SCK、MOSI、MISO波形。如果是完全无波形，检查GPIO复用配置和时钟使能。如果MOSI有波形但没有时钟，检查SPI2模式是否意外配成从模式。如果时钟和数据都有但MISO一直高，很大概率是CS没拉低或者Flash供电不对。

现象二：写进去的数据回读全是0xFF

这个问题通常有两个原因。第一个是扇区没有先擦除。NOR Flash在没有擦除的扇区上执行页编程，写不进去任何数据，读回来还是0xFF。第二个是写使能没有生效。GD25Q16在每次编程和擦除前必须发0x06，如果漏发或CS时序不对导致0x06没被芯片正确接收，操作不会执行。

现象三：写入超过256字节后，后半段数据错乱

这就是前面说过的页边界问题。假如从0x1F0开始写300字节，前16字节落在0x1F0到0x1FF，后284字节会从0x100开始覆盖本页开头。解法就是gd25q16_write里那个while循环，按页边界自动拆分，每页单独调一次页编程。

现象四：高频通信时偶尔读出错误数据

检查APB1总线时钟和SPI2分频系数。AT32F403A主频到240MHz时，APB1如果分成120MHz，SPI2的DIV4就是30MHz，这个频率对普通杜邦线连接来说太高了。PCB贴片连接可以试试，飞线测试老老实实用DIV16或DIV32。另外把Flash的WP和HOLD引脚都接VCC，也能减少意外进入保护状态的概率。

现象五：状态寄存器被保护导致擦写失败

GD25Q16的状态寄存器里有块保护位，如果之前被配置过，某些地址区域会拒绝编程和擦除。读状态寄存器如果发现块保护位不全为0，需要先写状态寄存器把这些位清零。不过出厂默认一般是全可写的，遇到大量擦写失败的板子再检查这一项。

我把这些经验整理成了速查表：

写在最后的一些体会

这套驱动在项目里跑了小半年，除了读写参数，还承担了固件升级的临时存储。升到15MHz时钟后整片Flash读写稳定，没再出过问题。我个人比较满意的设计是把CS控制全部集中到宏定义里，后续如果改用其他引脚控制CS，只改两个宏就行，驱动其他部分完全不用动。

如果你要用在自己的项目里，建议从读ID开始验证，这是最快定位硬件问题的方式。另外，跨页写入的测试用例一定要写，千万别只测整页对齐的写入，很多隐藏问题都是边界条件暴露出来的。GD25Q16和市面上其他SPI NOR Flash指令高度兼容，这套代码只要改改宏定义和初始化引脚，就能移植到W25Q系列、MX25L系列上，算是非常通用的驱动框架了。

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